Коли дороги вкриті кригою, що робить подорож звичайних автомобілів потенційною небезпекою, використовуючи звичайну сіль для покриття доріг, розчиняє лід. Але чому це працює? І чи не спрацює цукор, також біла кристалічна сполука, яку важко відрізнити від солі без смаку?
Експериментуйте
Помістіть три пляшки в домашню морозильну камеру, одна з водою з-під крана, друга з насиченим розчином солі і третя з насиченим розчином цукру. Ви побачите, що вода з-під крана замерзає, як очікувалося. Цукрова вода стає мокрою із замороженими плямами, але солона вода взагалі не замерзне. Це явище демонструє депресію точки замерзання.
Депресія точки замерзання
Температура замерзання відноситься до спостереження, що чиста речовина (тобто вода) має певну температуру плавлення / замерзання (0 ° С), але додавання домішки (тобто солі, цукру), а також знижуючи цю температуру, також поширює її, тому відбувається менш чітке, більш дифузне плавлення / заморожування точка. Чим більше кількість домішки, тим нижча температура плавлення / замерзання. Іншими словами, депресія точки замерзання є колігативною властивістю. А коли йдеться про колігативні властивості розчинів, то це кількість молекул розчиненої речовини, яка має значення, а не тип розчиненої речовини, Порівнюючи два розчини, кожен з яких містить однакову кількість солі або цукру, розчин солі знизить температуру замерзання далі. Це тому, що 1 грам солі містить більше молекул солі, ніж 1 г цукру містить молекул цукру.
Концентрація розчиненої речовини
Хіміки використовують родимки, одиницю, рівну за кількістю молекулярній масі (виміряній у дальтонах) речовини, але в грамах, для приготування розчину із заданою кількістю молекул розчиненої речовини. Моль однієї речовини має точно таку ж кількість молекул, як моль будь-якої іншої речовини. Столовий цукор (сахароза), C12H22O11, має молекулярну масу 342 дальтон. Щоб отримати один моль сахарози, зважте 342г. Поварена сіль, NaCl, має молекулярну масу 58 дальтон. Щоб отримати один моль солі, зважте 58 г. Зверніть увагу, що вам потрібно майже в шість разів більше сахарози, щоб отримати однакову кількість молекул в одному молі солі.
Лідна та водна рівновага
У звичайних умовах тверда вода знаходиться в рівновазі з рідкою водою при її стандартному заморожуванні температура 0 ° С, тобто вода буде існувати задоволено як рідина, так і тверда речовина і почне танути або заморозити. З цієї причини лід покритий тонким шаром води. Молекули в твердій фазі постійно торгуються місцями з молекулами в рідкій фазі. Така поведінка води дає можливість використовувати сіль для танення льоду.
Танення льоду
Сіль, посипана покритими льодом дорогами, розчиняється у плівці води, що покриває лід, утворюючи розчин вже не в точці замерзання. Тверді молекули переходять у рідку фазу, але більше не перетворюються назад у тверду. Врівноважуючи наконечники до рідкої фази, все більше і більше молекул опиняються в розчині, розплавляючи таким чином лід.